祖冲之序列密码算法ZUC算法Word文档格式.docx

1、R1, R2非线性函数F的2个32比特记忆单元变量W非线性函数F输出的32比特字Z算法每拍输出的32比特密钥字k初始种子密钥iv初始向量D用于算法初始化的字符串常量3.3 缩略语下列缩略语适用于本部分：ZUC 祖冲之序列密码算法或祖冲之算法LFSR 线性反馈移位寄存器BR 比特重组F 非线性函数4 算法描述4.1 算法整体结构祖冲之算法逻辑上分为上中下三层，见图1。上层是16级线性反馈移位寄存器（LFSR）；中层是比特重组（BR）；下层是非线性函数F。图 1 祖冲之算法结构图4.2 线性反馈移位寄存器LFSR4.2.1 概述LFSR包括16个31比特寄存器单元变量s0, s1, , s15。L

2、FSR的运行模式有2种：初始化模式和工作模式。4.2.2 初始化模式在初始化模式下，LFSR接收一个31比特字u。u是由非线性函数F的32比特输出W通过舍弃最低位比特得到，即u=W 1。在初始化模式下，LFSR计算过程如下：LFSRWithInitialisationMode（u）（1） v = 215 s15 +217 s13 + 221 s10 + 220 s4 + （1 + 28）s0 mod （231-1）；（2） s16=（v+u） mod （231-1）；（3） 如果s16=0，则置s16=231-1；（4） （s1, s2, , s15, s16） （s0, s1, , s14,

3、 s15）。4.2.3 工作模式在工作模式下，LFSR不接收任何输入。其计算过程如下：LFSRWithWorkMode（）（1） s16 = 215 s15 +217 s13 + 221 s10 + 220 s4 + （1 + 28）s0 mod （231-1）；（2） 如果s16=0，则置s16=231-1；（3） （s1, s2, , s15, s16） 4.3 比特重组BR比特重组从LFSR的寄存器单元中抽取128比特组成4个32比特字X0、X1、X2、X3。BR的具体计算过程如下：BitReconstruction（）（1） X0 = s15Hs14L；（2） X1 = s11Ls9H

4、；（3） X2 = s7Ls5H；（4） X3 = s2Ls0H。4.4 非线性函数FF包含2个32比特记忆单元变量R1和R2。F的输入为3个32比特字X0、X1、X2，输出为一个32比特字W。F的计算过程如下：F （X0, X1, X2）（1） W = （X0 R1） R2；（2） W1 = R1 X1；（3） W2 = R2 X2；（4） R1 = S（L1（W1LW2H）；（5） R2 = S（L2（W2LW1H）。其中S为32比特的S盒变换，定义在附录A中给出；L1和L2为32比特线性变换，定义如下：L1（X） = X （X 1）。4.6.2 工作阶段首先执行下列过程一次，并将F的输出

5、W舍弃：（2） F （X0, X1, X2）；（3） LFSRWithWorkMode（）。然后进入密钥输出阶段。在密钥输出阶段，每运行一个节拍，执行下列过程一次，并输出一个32比特的密钥字Z：（1） BitReconstruction（）；（2） Z = F （X0, X1, X2） X3；附录A（规范性附录）S盒32比特S盒S由4个小的88的S盒并置而成，即S=（S0, S1, S2, S3），其中S0=S2，S1=S3。S0和S1的定义分别见表1和表2。设S0（或S1）的8比特输入为x。将x视作两个16进制数的连接，即x=h|l，则表1 （或表2）中第h行和第l列交叉的元素即为S0（或S

6、1）的输出S0（x）（或S1（x）。设S盒S的32比特输入X和32比特输出Y分别为：X = x0 x1 x2 x3，Y = y0 y1 y2 y3，其中xi和yi均为8比特字节，i = 0, 1, 2, 3。则有yi = Si（xi）, i = 0, 1, 2, 3。表1 S0盒123456789ABCDEF3E725B47CAE0003304D1549809B96DCB7B1BF932AF9D6AA5B82DFC1D085303904D4E8499E4CED991DDB685488B296EACCDC1F81E734369C6B5BDFD396320D438767DB2A7CFED57C5F

7、32CBB142106559BE3EF5E314F7F5AA40D8251495FBA581C4A16D517A892241F8CFFD8AE2E01D3AD3B4BDA46EBC9DE9A8F87D73A806F2FC8B1B437F70A2213287CCC3C89C7C3965607BF7EF00B2B975235417961A64C10FEBC2695888AB0A3FBC01894F2E1E5E95DD0DC1166645CEC59427512F5749CAA230E86ABBE2A02E767E644A26CC2939FF1F6FA36D250689E6271153DD640C4E20F8E83776B25053F0C30EA70B7A1E8A9658D271ADB81B3A0F4457A19DFEE783460表2 S1盒